(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の個別火花ギャップ（４，４ａ）と、電位を制御するために当該複数の個別火花ギャップ（４，４ａ）に並列に接続されている列を成す複数のコンデンサ（３，３ａ）とから構成された制御される遮断火花放電路（１）であって、
１つの補助電極（９，９ａ）が、外部から点弧するために少なくとも１つの個別火花ギャップ（４，４ａ）に対して配置されている当該制御される遮断火花放電路において、
前記遮断火花放電路（１）が、少なくとも１つの減衰ユニット（２０）を有し、当該少なくとも１つの減衰ユニット（２０）が、直列に接続された１つの補償抵抗（２１）及び１つの補償リアクトル（２２）と、この補償抵抗（２１）及びこの補償リアクトル（２２）に対して並列に接続された１つの火花ギャップ（２３）とから構成され、
各減衰ユニット（２０）が、前記複数のコンデンサ（３，３ａ）のうちの少なくとも１つのコンデンサ（３，３ａ）又は前記複数の個別火花ギャップ（４，４ａ）のうちの少なくとも１つの個別火花ギャップ（４，４ａ）の前方又は後方に直列回路を成すように接続されていることを特徴とする制御される遮断火花放電路（１）。
【請求項２】
補償抵抗（２１）と補償リアクトル（２２）とから構成された前記減衰ユニット（２０）の直列接続部分が、もう１つの減衰コンデンサ（２７）だけ拡張される請求項１に記載の制御される遮断火花放電路（１）。
【請求項３】
前記遮断火花放電路（１）は、１つの分圧器（３２）と一緒にこれらの補助構成要素用の唯一のヘッド電極（３５）を有する共通の１つのベースフレーム（３０）に固定されている請求項１又は２に記載の制御される遮断火花放電路（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に電力変圧器の品質保証のための高電圧インパルスシステム用の遮断火花放電路に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧試験は、３相電流源の過渡電圧を人為的に発生されたインパルスサージによってシミュレートすることを目的とする。当該過渡電圧の場合、一般には、例えば落雷によって引き起こされる外部の過電圧と３相電流源の切替工程に基づく内部の回路過電圧とに区別される。当該多くの過電圧現象が、試験の目的のために落雷の標準的な電圧及び切替サージ電圧に低減される。これらの試験電圧のため、電圧の上昇、ピーク値及び所定の許容範囲の低下を示す特性値が確定される。非常に速い電圧変化の作用をシミュレートしなければならない落雷の遮断サージ電圧の場合、遮断時間が、その他の特性値として追加される。必要条件、電圧波形及び当該パラメータの規定が、ＩＣＥ６００６０−１に定義されている。このため、実施される定格試験に応じて、高電圧インパルス試験システムが、インパルス発生器並びに遮断火花ギャップ、分圧器及びオーバーシュート補償器のような補助構成要素を有する。
【０００３】
必要なインパルスサージ電圧を発生させるため、マルクス発生器とも呼ばれる、特にマルクス乗算回路が、年月の経過と共に市場で定着した。１９２３年に同一発明者によって開発され、登録番号ＤＥ４５５９３３で特許付与された回路形式が、複数の回路段で構成されている。この場合、複数の回路段の各々が、直列接続された１つのサージコンデンサと１つの切替機構、特に切替火花ギャップとを有し且つこのサージコンデンサとこの切替機構とに並列接続された１つの抵抗を有し且つこの抵抗に直列接続された１つの抵抗を有する。この場合、連続する２つの回路段が、並列接続された状態で充電可能であり且つ直列接続された状態で放電可能であるように、これらの回路段が互いに接続されている。
【０００４】
当該サージコンデンサは、充電直列電圧によって充電される。この場合、接続された複数の充電抵抗が、充電電流だけを制限するのではなくて、火花ギャップによってコンデンサの短期間の直列接続も可能にする。火花ギャップの火花間隔が、最大充電電圧に達しても未だ絶縁破壊を起こさないように、当該火花ギャップの火花間隔は選択されている。
【０００５】
全てのサージコンデンサが、当該電圧の準静的な最終値に充電された後に、一番下の火花ギャップが点弧する。その結果、この火花ギャップが、絶縁破壊を起こす。次いで、２倍の充電電圧が、その次の火花ギャップで発生する。その結果、当該火花ギャップが確実に点弧される。組み込まれた回路段の数に関係なく、先に点弧された回路段の充電電圧の加算に基づいて、放電過程が、最後の回路段まで継続する。
【０００６】
こうして、非常に短期間で且つ同時に大きい振幅のサージ電圧パルスが発生可能である。当該サージ電圧パルスは、電磁両立性における絶縁強度及び絶縁耐力を証明するための高電圧技術での試験目的及び実験に特に適している。
【０００７】
負荷コンデンサ、すなわち被測定物でのオーバーシュート中に、当該オーバーシュートの減衰後に再び復帰される電圧を低下させることによって、上述したマルクス発生器の限界負荷容量を回路の追加部分によって増大させることも、例えばドイツ連邦共和国特許第１９６３９０２３号明細書から公知である。したがって、連続オーバーシュート補償(serielle Overshoot-Kompensation)とも呼ばれる当該回路の追加部分は、オーバーシュートの原因を低減するのではなくて、負荷コンデンサ、すなわち特に被測定物でのオーバーシュートを補償する。当該オーバーシュート補償器は、１つの補償コンデンサとこの補償コンデンサに対して並列接続された少なくとも１つの放電抵抗又は放電火花ギャップとから構成される。この場合、被測定物に直列接続されている当該回路の追加部分を、マルクス乗算回路に組み込む必要がある。被測定物に対して直列接続されたオーバーシュート補償器のほかに、このオーバーシュート補償器を被測定物に対して並列接続された構成で仕上げることも公知である。上述した構成とは違って、このように構成されたオーバーシュート補償器の場合は、補償コンデンサ及び少なくとも１つの放電抵抗又は放電火花ギャップが直列に配置されている。
【０００８】
さらに、稼働による過電圧負荷をシミュレートするため、及び、高電圧構成要素の絶縁強度を証明するため、上述したように、遮断サージインパルス電圧を被測定物に印加することも必要である。このような定格試験を問題なく進行させるためには、当該印加された電圧が、数マイクロ秒に相当する、電圧波の開始以降の希望する許容経過時間内に遮断されることが必要である。従来の技術、例えば東ドイツ特許第１４３  １３０号明細書又はドイツ連邦共和国特許第１  ２５５  １９２号明細書からかなり以前から知られているように、当該遮断は、遮断火花ギャップによって技術的に実現される。
【０００９】
さらに、高電圧インパルス試験システム内では、被測定物に加えて、容量的に減衰されたインパルス分圧器も、マルクス乗算回路の最終段に接続される。このインパルス分圧器は、当該最終段の放電時に発生した雷サージ電圧を測定装置及び記録装置によって処理され得る値に低減する。
【００１０】
高電圧インパルス試験システムの組み込まれたこれらの全てのシステム構成要素は、３次元的に相当な大きさを有し且つ電圧レベルに応じた所定の最小距離で互いに間隔をあけて試験領域内に配置されなければならない。さらに、同様に確定された空間に依存する最小距離が、電圧印加要素と試験領域の境界との間で保持される必要がある。したがって、高電圧インパルス試験システム全体の必要な空間は、かなり大きい。さらに、多くの変圧器メーカーでは、高電圧インパルスシステム全体を移動させて、被測定物を交換する必要がある。この場合、マルクス発生器及び３つのさらなる補助構成要素が個々に、試験工場を通過され、高電圧インパルス試験システムとして再び新たに組み立てられて設置される必要がある。この工程は、時間がかかり且つ管理が面倒である。
【００１１】
また、マルクス発生器と３つのさらなる補助構成要素とから構成された高電圧インパルス試験システムから、結果として検査基準を満たし得ない無視できない余計な容量性負荷が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許第４５５  ９３３号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許第１９６３９０２３号明細書
【特許文献３】東ドイツ特許第１４３  １３０号明細書
【特許文献４】ドイツ連邦共和国特許第１  ２５５  １９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、補助構成要素、特に遮断火花ギャップ及びオーバーシュート補償器の電圧に起因した３次元的な大きさを低減すること、すなわち高電圧インパルス試験システム全体に必要な空間を減少させて、試験工場をより効率的に稼働可能にすることにある。さらに、本発明の課題は、試験回路の容量性負荷を従来の技術から公知の高電圧インパルスシステムに比べて減少させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、請求項１に記載の：
直列接続された複数の個別火花ギャップ（４，４ａ）と、電位を制御するために当該複数の個別火花ギャップ（４，４ａ）に並列に接続されている列を成す複数のコンデンサ（３，３ａ）とから構成された制御される遮断火花放電路（１）であって、
１つの補助電極（９，９ａ）が、外部から点弧するために少なくとも１つの個別火花ギャップ（４，４ａ）に対して配置されている当該制御される遮断火花放電路において、
前記遮断火花放電路（１）が、少なくとも１つの減衰ユニット（２０）を有し、当該少なくとも１つの減衰ユニット（２０）が、直列に接続された１つの補償抵抗（２１）及び１つの補償リアクトル（２２）と、この補償抵抗（２１）及びこの補償リアクトル（２２）に対して並列に接続された１つの火花ギャップ（２３）とから構成され、
各減衰ユニット（２０）が、前記複数のコンデンサ（３，３ａ）のうちの少なくとも１つのコンデンサ（３，３ａ）又は前記複数の個別火花ギャップ（４，４ａ）のうちの少なくとも１つの個別火花ギャップ（４，４ａ）の前方又は後方に直列回路を成すように接続されていることによって解決される。従属請求項は、本発明の特に好適なその他の構成に関する。
【００１５】
本発明の総括的な思想は、制御される遮断火花放電路とオーバーシュート補償器との機能を唯一の補助構成要素だけで統合する点にある。それ故に、本発明によれば、制御される遮断火花放電路が、直列接続された減衰抵抗及び減衰リアクトル並びにこの減衰抵抗及びこの減衰リアクトルに対して並列接続された火花ギャップから構成された追加の減衰ユニットで拡張される。この場合、直列回路を構成するため、当該追加の減衰ユニットは、遮断火花放電路の少なくとも１つの回路段の前方又は後方に接続されている、すなわち遮断火花放電路の少なくとも１つの回路段に直列に電気接続されている。減衰ユニットは、雷インパルスの電圧最大値における振動のエネルギーを吸収し、この雷インパルスの後退中に当該エネルギーを再び放出する。これによって、雷インパルスの電圧最大値における実際の振動が低減される。遮断火花放電路が点呼すると、この遮断火花放電路が、その柱状部分に沿った電位を零にする。したがって、この遮断火花放電路の組み込まれたコンデンサが、ほぼブリッジされる。減衰ユニットによって降下する電位も、同様に零にされる。このことは、直列な減衰抵抗と減衰リアクトルとに対して並列に配置された火花ギャップで発生する短絡、すなわち点弧によって引き起こされる。その都度の使用状況に応じて、追加の減衰ユニットの使用される構成要素が交換可能である。したがって、検査基準の広いパラメータ範囲を網羅する。
【００１６】
遮断火花放電路と追加の減衰ユニットとの以下の機能上の組み合せの可能性が、個々の定格試験に対して発生する：
−雷サージインパルスに対しては、当該追加の減衰ユニットが接続されている；当該遮断火花放電路が、オーバーシュート補償器のように機能する。
−遮断雷サージインパルスに対しては、当該減衰ユニットがブリッジされる、すなわち無効になる。何故なら、短いインパルス期間の理由から、当該オーバーシュート補償器による減衰が不要になるからである。インパルスが、遮断火花放電路によって所定の期間後に遮断される。
−切替サージインパルスの定格試験に対しては、追加の減衰ユニットを有する当該遮断火花放電路が、試験回路から取り外され得る。何故なら、この遮断火花放電路及びこの追加の減衰ユニットの機能が不要になるからである。
【００１７】
以前は、遮断火花放電路とオーバーシュート補償器とが、別々の構成要素として稼働され且つ互いに所定の間隔をあけて検査場内に設置される必要がある。当該遮断火花放電路と当該オーバーシュート補償器とを唯一の補助構成要素内に本発明にしたがって機能的に統合することによって、多数の補助構成要素を低減すること、すなわち検査場全体の必要な空間を最適にすることが、オペレーターにとって初めて可能になる。したがって、当該検査場が、有効に稼働され得る。また、追加の減衰ユニットを有する本発明の遮断火花放電路は、従来の技術の別々の補助構成要素より少ない試験回路内の容量性負荷をもたらす。設備のオペレーターが、機能的に拡張された補助構成要素を入手することができ、当該補助構成要素によって、本発明とは違う別々のオーバーシュート補償器の追加のコンデンサの高いコストが省略され得ることに起因して、製造における多大なコストを本発明の設備によって節減することが期待できる。
【００１８】
本発明の好適な実施の形態によれば、減衰抵抗と減衰リアクトルとから構成された減衰ユニットの直列接続部分が、１つの追加の減衰コンデンサだけ拡張される。当該拡張は、遮断火花放電路の複数のコンデンサに沿った電圧分布を均等に分散させる。
【００１９】
本発明のもう１つの好適な実施の形態によれば、追加の減衰ユニットを有する本発明の遮断火花放電路ともう１つの補助構成要素、特に分圧器とが、これらの両補助構成要素用の唯一のヘッド電極だけを有する共通のベースフレームに対して配置されている。したがって、別々に位置する当該両補助構成要素を一緒にすること及び当該唯一の共通のベースフレームを試験工場内で特に簡単な方法で移動させることが可能である。
【００２０】
以下に、当該設備を図面に基づいて例示的に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の技術から公知の遮断火花放電路を示す。
【図２】本発明の減衰ユニットの回路図である。
【図３】本発明の減衰ユニットの好適な実施の形態の回路図である。
【図４】追加の減衰ユニットを有する本発明の遮断火花放電路の好適な実施の形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１中には、東ドイツ特許第１４３  １３０号明細書から知られている制御される遮断火花放電路の回路図が示されている。この遮断火花放電路は、容量性分圧器２による遮断火花放電路の制御を原理的に示す。当該装置の全体が、ここでは詳しく図示されなかった被測定物の近くで試験用高電圧発生器に対して平行に存在する。遮断すべき試験電圧が、同じ大きさに選択された容量に応じて分圧器２の複数のコンデンサ３に対して均等に分圧されていて、同時に遮断火花放電路１の個別火花ギャップ４に対しても均等に分圧されている。容量性分圧器２の個々のコンデンサ接続部５に対する中間電位が、電位を制御するための横断接続部７を通じて付随する個別火花ギャップ４の主電極６に印加されている。当該同じ個別火花ギャップ４に対する第２の接続が、補助電極９を有する導線８によって実施される。個別火花ギャップ４に点弧を引き起こすため、この補助電極９は、上述した主電極６内に挿入されている。
【００２３】
アースに最も近い一番下の火花ギャップ４ａが、補助電極９ａに印加されたトリガーパルスによって従来の方法で外部から点弧されることによって、遮断火花放電路１が点弧する。その結果、この第１段のコンデンサ３ａが、火花ギャップ４ａを通じて放電する。この場合、放電電流が、横断接続部７を通じても流れる。当該通電は、一方ではこの横断接続部７中の自己誘導電圧を伴い、他方では十分大きく間隔をあけて敷設された導線８中に逆誘導電圧を引き起こす。しかしながら、この逆誘導電圧は、横断接続部７中の電圧より小さい。横断接続部７と導線８との双方が、コンデンサ接続部５中に共通の接続点を有するので、補助電極９と主電極６との間の付随する個別火花ギャップ４での電圧差が、破裂放電を引き起こす、すなわちこれらの個別火花ギャップ４に点弧を引き起こす。同様に、当該点弧が、その他の段、すなわち遮断火花放電路１の全体で起こる。
【００２４】
図２は、直列の補償抵抗２１と補償リアクトル２２とこの補償抵抗２１及びこの補償リアクトル２２に並列に接続された火花ギャップ２３とから構成された減衰ユニット２０を示す。この場合、追加のこの減衰ユニット２０は、遮断火花放電路１の少なくとも１つの段であって遮断火花放電路１の前方又は後方に接続されている、すなわち遮断火花放電路１の少なくとも１つの段に直列に電気接続されていて、直列回路を構成する。減衰ユニット２０が、遮断火花放電路１の第１段に接して配置される場合、この減衰ユニット２０にさらに存在するアース２６が、追加のこの減衰ユニット２０に敷設される必要がある。さらに、個々の構成部品の電気仕様上の寸法が、簡単な交換によって外部の限界条件に適合され得る。
【００２５】
図２とは違って、図３中に示された減衰ユニット２０は、減衰抵抗２１と減衰リアクトル２２とに対して直列に追加して接続された減衰コンデンサ２７を有する。この減衰コンデンサ２７は、遮断火花放電路１の複数のコンデンサ３に沿った電圧分布を均等に分散させる。
【００２６】
図４は、本発明の好適な実施の形態を示す。この実施の形態の場合、追加の減衰ユニット２０を有する本発明の遮断火花放電路１が、もう１つの補助構成要素、すなわち分圧器３２と一緒に、これらの両補助構成要素用の唯一のヘッド電極３５だけを有する共通のベースフレーム３０に対して配置されている。図４では、これらの両補助構成要素は、分かりやすさの理由から概略的にしか示されていない。この場合、ベースフレーム３０は、例えば長手方向に延在する、すなわち直線状に構成され且つ左右に固定された追加の複数のエクステンションアームを有するフレーム構造から形成される。当該補助構成要素は、このベースフレーム３０に固定されていて且つこのベースフレーム３０に電気伝導性に結合されている。さらに、対応する当該補助構成要素の上端部が、電気伝導性のストラット３３及び３４によって機械的に固定されている。また、ヘッド電極３５が、ストラット３３及び３４に結合されている。このヘッド電極３５は、例えばトロイドとして形成され得る。したがって、当該電気伝導性のストラット３３及び３４は、ヘッド電極３５を機械的に保持し、当該補助構成要素とヘッド電極３５との間の電位調整を提供するという任務を果たす。さらに、当該補助構成要素は、電気伝導性のストラット３３及び３４の領域内の１つの共通の接続点によって互いに電気接続されていて、したがってこの領域内で同じ電位を有する。
【符号の説明】
【００２７】
１    遮断火花放電路
２    分圧器
３    コンデンサ
３ａ  コンデンサ
４    火花ギャップ
５    コンデンサ接続部
６    主電極
７    横断接続部
８    導線
９    補助電極
２０  減衰ユニット
２１  補償抵抗
２２  補償リアクトル
２３  火花ギャップ
２４  対向ドーム
２５  対向ドーム
２６  アース
２７  減衰コンデンサ
３０  ベースフレーム
３２  分圧器
３３  ストラット
３４  ストラット
３５  ヘッド電極
【図１】
0005832303.tif 000002
【図２】
0005832303.tif 000003
【図３】
0005832303.tif 000004
【図４】
0005832303.tif 000005